20、锂离子电池铜激光微焊接技术解析

锂离子电池铜激光微焊接技术解析

1. 引言

由于18650型锂离子电池具有高能量密度（此案例中为162Wh/kg），其在储能设备中的应用日益广泛。而且，这些电池易于获取且价格低廉。为了获得高且合适的能量容量，需要将多个电池并联连接。在电池生产、充电和组装完成后，通过将CuSn6薄片重叠焊接在镀镍DC04钢上来实现电气连接。

电池焊接的主要挑战在于，要同时熔化上下两个部件（即顶部的CuSn6薄片和底部的电池壳），且不能损坏电池壳导致电解液泄漏，也不能破坏密封。

弗劳恩霍夫研究所为电动汽车设计了一种轻量化储能设备，其中连接了4800个18650型锂离子电池。整个电池组容量为36kWh，电压约为300V。为实现这些参数，电池需要进行并联和串联配置。30个电池通过铜集电器并联连接，这种配置称为一个模块。由于无法将1.5mm厚的铜片（Cu - OF）稳定焊接到0.3mm厚的金属部件（DC04，电池壳）上，但为达到所需的50mm²导电横截面积，又必须进行连接，因此采用了0.2mm厚的薄铜片（CuSn6）直接与电池壳焊接，该薄片再与厚铜连接器焊接。80个这样的模块串联连接。

模块内部和电池之间储存着PCM浆料。为使模块设计正常工作，电池的两个端子都必须从顶部连接。因此，负极的焊接必须在电池壳的弯曲表面上进行。由于使用了PCM浆料，连接必须是液密的。

2. 工件描述、所需焊缝参数布局及实验设置

2.1 工件描述

负极处的异种材料连接采用重叠配置，铜作为上连接部件。在DC04钢下方使用聚合物层来隔离两个端子并密封电池壳，此外，聚合物层还固定住正极。

2.2 必要焊接和焊缝参数的确定